MXPA03009340A - Aplicacion de un agente floculante para efluentes de sistemas de refinacion de petroleo. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un agente floculante y clarificador especifico para el tratamiento de aguas de efluentes de procesos de refinacion de petroleo, ya que la adicion de pequenas cantidades produce interacciones fisicas y quimicas con las particulas coloidales que se mantienen en suspension en el agua, lograndose su desestabilizacion debido a la neutralizacion de las cargas electricas que mantienen separadas a las particulas, lo que ocasiona su aglomeracion y su rapida sedimentacion. La aplicacion de este agente floculante y clarificador en los sistemas de efluentes de plantas de proceso de refinacion de petroleo, permite que el agua recuperada cumpla con las especificaciones de color, grasas y aceites y solidos suspendidos requeridas para someterlas a tratamiento para su reutilizacion o para descargarse a rios, mares o lagos.

Description

APLICACION DE UN AGENTE FLOCULANTE PARA EFLUENTES DE SISTEMAS DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una composición de un producto químico específico para el tratamiento de los efluentes de los procesos de refinación del petróleo.

El agente floculante presente en esta invención esta compuesto por un polímero orgánico con alta densidad de carga y alto peso molecular, soluble en agua, que se aplica para separar sólidos suspendidos y coloides en aguas y lodos en los sistemas de efluentes de plantas de proceso de refinación de petróleo.

La aplicación de este polímero en los sistemas de efluentes de plantas de proceso de refinación de petróleo, permite que el agua recuperada cumpla con las especificaciones de color, grasas y aceites y sólidos suspendidos requeridas para su reutilización o para descargarse a ríos, mares o lagos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las aguas residuales son materiales derivados de la actividad industrial y de los residuos domésticos, los cuales por razones de salud pública no pueden ser vertidas a los cuerpos de aguas, corrientes o lagos.

A pesar de las recomendaciones y ordenanzas, en los últimos años los ambientes naturales han recibido un creciente aporte de efluentes industriales y domésticos que han llevado al deterioro de muchos cuerpos de agua, haciéndolos incompatibles con la vida. Aquellos materiales tóxicos o indeseables deben ser tratados para hacerlos inocuos.

Los materiales inorgánicos, tales como sedimentos u otros residuos, pueden ser tratados por procesos fisico-químicos, pero los residuos de origen orgánico deben sufrir un tratamiento microbiológico para su oxidación.

Tratamiento primario: Consiste en separaciones físicas, en la que el agua se hace pasar por una serie de mallas para eliminar partículas macroscópicas, y posteriormente, el efluente se deja asentar para permitir que los sólidos suspendidos se sedimenten. Este tratamiento primario incluye la aplicación de coagulantes químicos, los cuales tienen cargas positivas, que balancean las cargas de las partículas suspendidas al reducir el potencial superficial de la partícula y favorecen la formación de flóculos.

Floculación: Es el proceso por medio del cual se logra la agregación o crecimiento de la materia coloidal desestabilizada en la coagulación. Se considera como una etapa en donde se logran colisiones entre las partículas desestabilizadas provocando la formación de grumos.

Los mecanismos bajo los cuales se lleva a cabo la floculación son: a) Perisinésis: Agregación resultante del movimiento térmico aleatorio de las moléculas de fluido, movimiento Browniano (para partículas muy pequeñas, menores a 1 ó 2 mieras). b) Ortosinésis: La inducen gradientes de velocidad en el flujo y es la más común.

Empleo de polímeros: Los polímeros actualmente utilizados son compuestos sintéticos que pueden ser de alto o bajo pesos moleculares y clasificados como: a) Catiónicos b) Aniónicos c) No iónicos Los polímeros actúan mediante dos mecanismos principales: a) Cuando el polímero y las partículas suspendidas son de carga opuesta, el polímero es absorbido en las partículas, neutralizándolas y desestabilizando la suspensión. En esta situación el peso molecular no es un factor importante. b) Cuando los efectos de carga no son significativos, los polímeros pueden formar un puente entre partículas cercanas que se repelen. En este caso, los polímeros deben ser lo suficientemente grande como para formar el puente. Este fenómeno se conoce como floculación por formación de puentes.

Los equipos más comúnmente usados para lograr los procesos antes descritos son los separadores tipo API, los cuales constan de tres etapas principales: Primera donde se alimentan los reactivos y se realiza un mezclado rápido. En la segunda etapa se lleva a cabo la floculación y la clarificación y en la tercera etapa se efectúa la descarga del efluente.

El agua entra a la zona de mezclado rápido conteniendo coagulante, floculante y partículas finas dispersas. A continuación se les da un tiempo de estancia con circulación lenta por un tiempo aproximado de 15 a 20 minutos para provocar que el floculo crezca, y se produzca un asentamiento.

Estos recipientes normalmente son de forma rectangular, y funcionan como celdas de sedimentación. El lodo asentado en el fondo de los separadores es acumulado y después de un lapso de operación se retira mecánicamente. El hidrocarburo que se acumula en la parte superior del separador se recolecta utilizando medias cañas para su posterior tratamiento.

El agua clarificada es colectada en la parte media del separador para después ser descargados del separador de manera controlada para mantener una velocidad suficientemente baja para evitar disturbios en la zona de clarificación.

Como referencias de patentes relacionadas con composiciones floculantes y clarificadores de efluentes de los procesos de una refinería de petróleo, se tienen las siguientes invenciones: 1.- En la Patente Española Aplicación Nbr: ES9502140 19951102 [1995ES-0002140] dice: Nuevo agente floculante para el tratamiento del agua de desecho que comprende la mezcla un agente floculante 1 descrito como hidróxido de calcio entre 5 y 70%, un agente de compensación 2 que corresponde a sulfato de calcio de una proporción que varía entre 10 y 40%, un agente floculante 3 de sulfato de aluminio en una proporción entre 15 y 60%, un regulador del pH 4 de carbonato sódico alcalino en una proporción entre 15 y 40%, un absorbente clarificante 5 de dolomita o zeolita en una proporción que varía entre 10 y 70%, un absorbente floculador y precipitante 6 de cemento en una proporción de entre 0 y 40% y un coagulante polielectrolítico 7 zetag en una proporción que varía entre 0 y 0%, que puede ser aniónico o catiónico y opcionalmente pueden agregarse trazas de acero férrico,+DBPH+ magnetita o polvo de hierro en una proporción que puede variar entre 5 y 40%, variando las proporciones según las características del agua a tratar. 2.- En la Patente Mexicana Aplicación Nbr: MX1862089 19891207 [1989mx- 0018620] dice: Floculante polimérico de alto desempeño, proceso para su preparación, método para la liberación de agua de una dispersión de sólidos suspendidos y método de floculación de una dispersión de sólidos suspendidos. 3. - En la Patente China Aplicación Nbr: CN0 106030 20010105 [2001 CN-0106030] dice: El método para tratar el aceite contenido en el agua de desecho se caracteriza por dos tipos de floculantes A y B que son respectivamente diluidos, y agregados simultáneamente en el alcantarillado. El floculante A se obtiene de un compuesto de amina de la familia de los polímeros del peso molecular bajo con varios grupos funcionales de hidróxilo y un floculante inorgánico, y el floculante B es un floculante de sal del ácido ditiocarbónico. Cuando el método objeto de esta investigación se utiliza para tratar aceite conteniendo en una alcantarilla de refinería o campo petrolero, se puede llevar a cabo la desemulsificación, floculación y la descaptación simultáneamente. 4. - En la Patente China Aplicación Nbr: CN00110705 20000724 [2000CN-0110705] dice: El floculante para compuestos petrolíferos incluye dos componentes, el componente A corresponde a un polímero lineal de amina de bajo peso con varios radicales hidróxilo y PAC, y el componente B que es un floculante de tipo ditiocarbonato. Los dos componentes pueden usarse exclusivamente como desemulsionante y floculante. Cuando se utilizan en el tratamiento de efluentes aceitosos de refinería o campo petrolero, los floculantes-desemulsionantes de la presente invención desemulsionan y floculan al aceite con una menor formación de sedimentos. 5.- En la Patente China Aplicación Nbr: CN00134649 20001121 [2000CN-0 34649] dice: Un proceso de separación de tres fases para el lodo aceitoso de refinería de petróleo incluye la adición del floculante y posteriormente el desemulsificante al lodo aceitoso, con agitación, el lodo pre-deshidratado se alimenta al reactor, se adiciona desemulsificante y un agente deshidratador agitando y calentando a 100-150°C, hasta que el contenido en agua en el lodo sea menor a 1%, enfriar y filtrar para obtener partículas de coke sólido y aceite pesado como combustibles. Sus ventajas son que es un proceso simple con bajo consumo de energía y una buena separación. 6.- En la Patente China Aplicación Nbr: CN01138280 20011211 [2001 CN-0138280] dice: Proceso para evitar la contaminación de filtros de lodo de refinerías de azúcar, consiste en precalentar la mezcla de jugo a 40-55°C, atomizando ácido fosfórico en él, se neutraliza con lechada de cal se aeréa con burbujas finas de aire, se adiciona floculante, se mezcla y se hace fluir el limpiador del flotador dónde los flóculos se coagulan y se convierten en partículas pequeñas con un peso especifico bajo, aglomerándose en flóculos que flotan y se separan, filtrándose el líquido residual, mientras se agrega la cal y se filtra.

El presente agente floculante y clarificador presenta diferencias considerables respecto a las referencias anteriores, ya que aunque mencionan el desarrollo tendientes a la formulación, elaboración, producción y aplicación de productos similares a lo descrito en la presente invención, ningún trabajo previo se refiere a la aplicación específica de un agente floculante a las aguas efluentes provenientes de los procesos de una refinería de petróleo.

La presente invención se refiere a la utilización de un agente floculante y clarificador de alta densidad de carga y de alto peso molecular, para aguas efluentes producidas en una refinerías y procesos petroleros y que específicamente provienen de los drenajes aceitosos y pluviales, los cuales poseen alto contenido de grasas y aceites, sólidos suspendidos y color. El agente floculante y clarificador se aplica directamente a las unidades de flotación de efluentes de tipo API o placas corrugadas.

El agente floculante y clarificador, objeto de la presente invención se dosifica en un intervalo de 1 a 5 ppm, es capaz de aglomerar las partículas coloidales contenidas en los efluentes acuosos derivadas de los procesos de refinación del petróleo, y lograr una alta eficiencia de clarificación del agua, permitiendo que el agua que se entrega a las plantas tratadoras de agua, para su reutilización o su descarga a ríos, lagunas o mares, cumplan con las especificaciones establecidas en las normas ambientales correspondientes.

El agente floculante y clarificador, objeto de la presente invención, incrementa la eficiencia en la clarificación del agua en unidades de flotación, ya que aumenta la tendencia a la aglomeración de partículas coloidales en flóculos e incrementa la velocidad de precipitación de los flóculos que se forman durante el proceso.

Adicionalmente el agente floculante y clarificador, ofrece la ventaja de funcionar eficientemente en un intervalo amplio de pH de 6 a 13, lo que asegura una alta eficiencia de clarificación aun cuando los contaminantes del agua varíen constantemente como es el caso de los efluentes que se generan en los procesos de refinación del petróleo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El presente agente floculante y clarificador, se refiere a la aplicación de un agente floculante de la familia de los polímeros orgánicos, que por ser soluble en agua, con alta densidad de carga y alto peso molecular incrementa la velocidad de sedimentación de las partículas coloidales contenidas en la fase acuosa del efluente, preferentemente en un intervalo de pH de 6 a 13, con una alta eficiencia de clarificación del agua, lo que permite tratar el agua para su reutilización o descargarla a ríos, mares o lagunas sin dañar el medio ambiente.

El agente floculante y clarificador, es un polímero orgánico de la familia de la acrilamida con alta densidad de carga y peso molecular de 1 a 30 millones, preferentemente de 15 a 25 millones.

Este agente floculante y clarificador, reacciona con las partículas coloidales contenidas en la fase acuosa del efluente a tratar, produciendo interacciones físicas y químicas entre estos productos y las partículas que se mantienen en suspensión en el agua, lográndose su desestabilización debido a la neutralización de las cargas eléctricas que mantuvieron separadas a las partículas. La desestabilización de las partículas ocasiona su aglomeración en flóculos que pueden ser separados con facilidad.

El solicitante se permite nombrar para lo sucesivo al agente floculante y clarificador (IMP - FEM - 1), que es con el nombre utilizado en las pruebas.

El agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 , se diluye a concentraciones máximas de 0.5% en peso, para facilitar su manejo, ya que a concentraciones mayores la solución adquiere una alta viscosidad. La solubilidad se logra aplicando el procedimiento descrito a continuación: PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DEL AGENTE FLOCULANTE Y CLARIFICADOR (IMP - FEM - 1).

Para obtener la solución acuosa del 0.5% en peso del agente floculante y clarificador, de acuerdo al volumen total de solución que se desee preparar, se calcula la cantidad de polímero necesario. El polímero cuenta con las siguientes características: CARACTERÍSTICAS Apariencia Sólido Granular j Gravedad Aparente 0.60 a 0.9 g/ml Color Blanco Viscosidad al 0.5% (5 } 25°C 1 ,000 a 5,000 cps 1 Solubilidad en agua Completa al 0.5% Este, se adiciona muy lentamente y con agitación vigorosa al agua, permitiendo que se incorpore y disuelva totalmente cada porción de polímero adicionado, teniendo cuidado de evitar la formación de grumos que hacen muy lenta la solubilización del polímero en el agua.

Antes de ser inyectado al sistema de efluentes, el agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 se diluye nuevamente en agua, a fin de disminuir su viscosidad y se hace pasar por un mezclador instalado en línea para garantizar la completa homogeneidad en la corriente, de acuerdo a la dosificación deseada de agente floculante puro.

Se toma como base una solución al 0.5% en peso del agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 debido principalmente a la viscosidad que presenta la solución al ir en aumento su concentración y al volumen de agua que debe de manejar la bomba en el momento de su dosificación.

Estos dos parámetros son considerados como críticos en la aplicación de la solución del agente floculante y clarificador a los efluentes derivados de los procesos de refinación de petróleo, tal como se puede apreciar en la siguiente tabla: * Tomando como base de calculo un volumen de 12,000 mts3/día y dosificación de .9 ppm sin diluir.

Por lo anterior, la concentración óptima para a ser usada la aplicación descrita en el presente trabajo será a 0.5% en peso. Ya que, a una concentración mayor la bomba dosificadora comienza a tener problemas en la succión y descarga de la solución, y a una concentración menor a 0.5% peso el volumen de agua de dilución se hace impráctico para su manejo.

PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Se tomó una muestra de la corriente que recibe como carga el sistema de efluentes de una Refinería de Petróleos Mexicanos, y se determinaron los siguientes parámetros: Sólidos Suspendidos Totales 210.36 ppm Grasas y Aceites 135.21 ppm Color 71.93 unidades de Pt-Co Los cuales se utilizarán para determinar la eficiencia de la composición floculante y clarificadora, aplicando la prueba de jarra (Método ASTM D-2035) descrita a continuación: Este método de prueba determina la eficiencia del rompimiento de una emulsión inversa agua - hidrocarburo y el efecto coagulante / floculante sobre el agua resultante.

La prueba de jarra es un método aceptado internacionalmente para evaluar la eficiencia de productos rompedores de emulsión, coagulantes y floculantes utilizados en el proceso de clarificación de diferentes tipos de aguas.

El procedimiento seguido para la aplicación de esta prueba fue el siguiente: 1. Homogeneización de la muestra antes de ser tomada la alícuota a analizar. 2. Toma de una alícuota en un vaso de precipitado especial para la prueba de jarras. 3. Agitación de la alícuota a 120 RPM durante un minuto. 4. Adición del rompedor de emulsión o coagulante, manteniendo la velocidad de mezclado durante 30 segundos. 5. Enseguida, dosificar el floculante y mantener la velocidad 30 segundos más. 6. Disminuir velocidad a 10 RPM y conservar esa velocidad durante 15 minutos. 7. Tomar muestra del agua clarificada y realizarle los análisis espectrofotométricos de acuerdo a la tabla siguiente: TABLA I Utilizando como medio, la carga al sistema de efluentes y una inyección de los productos, se obtuvieron resultados tomando como base de comparación la especificación establecida para las descargas de esta corriente, las cuales se encuentran en la tabla anterior.

La clasificación de los resultados obtenidos se indica a continuación: TAMAÑO DE FLOCULO EJEMPLOS Los ejemplos que se describen a continuación sirven para ilustrar la presente invención, pero no limitan el alcance de la misma.

EJEMPLO 1 Se evaluó el comportamiento del agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 , de acuerdo al método ASTM-D-2035, utilizando como medio de prueba muestra de carga al Sistema de Efluentes de una Refinería de Petróleos Mexicanos, considerando que en las cargas a dicho sistema, se observan concentraciones de contaminantes muy variables, teniendo en promedio los siguientes: VALORES Esta evaluación permite establecer la capacidad de coagulación y rompimiento de la emulsión agua/hidrocarburo en las cargas a los sistemas de efluentes de una Refinería.

Las condiciones de prueba son las siguientes: Los resultados obtenidos se encuentran en la tabla II EJEMPLO 2 Lo mismo que se describe en el ejemplo 1 , pero utilizando poliacrilamida catiónica de peso molecular 1 a 5 millones dosificada a 4 ppm.

EJEMPLO 3 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando floculante aniónico de peso molecular 1 a 5 millones EJEMPLO 4 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando poliacrilamida aniónica de peso molecular menor a un millón.

EJEMPLO 5 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando una sal de Fierro trivalente.

EJEMPLO 6 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando polímero de acrilamida de peso molecular entre 15 y 20 millones.

EJEMPLO 7 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando poliacrilamida catiónica de peso molecular de 5 a 10 millones. EJEMPLO 8 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando poliacrilamida catiónica de 15 a 20 millones de peso molecular. EJEMPLO 9 Lo mismo que se describe en el ejemplo 2, pero utilizando una sal de ácido ditiocarbamico. Los resultados obtenidos en la evaluación mediante el método de jarras, de los productos descritos en los ejemplos del 1 al 9 fueron los siguientes:TABLA II De los nueve productos evaluados el agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 fue el único con el cual se logró que el agua clarificada cumpliera con las especificaciones establecidas para entregarla a plantas tratadoras o descargarla a ríos, mares o lagos. Cabe hacer notar que la dosificación del agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 objeto de la presente invención, a la cual se obtuvieron los resultados mostrados, fue aproximadamente la mitad de la dosificación a la cual se evaluaron los otros ocho agentes floculantes considerados.

Concluida esta selección se realizaron los estudios concernientes a la eficiencia del agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 a los diferentes valores de pH que se presentan en efluentes derivados de los procesos de refinación, de lo anterior se desprende la tabla III dando los siguientes resultados: TABLA III De lo anterior se puede concluir que el agente floculante y clarificador IMP-FEM-1 es eficiente al ser aplicado a efluentes derivados de procesos de refinación de petróleo con un rango de pH de 6 a 13, intervalo que cubre los requerimientos de este tipo de sistemas de efluentes.

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como de nuestra propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas:

1 Un agente floculante y clarificador para efluentes provenientes de procesos de refinación de petróleo, caracterizado porque es un polímero orgánico de la familia de la acrilamida con alta densidad de carga y peso molecular en el intervalo de 1 a 30 millones, preferentemente entre 15 y 25 millones que incrementa la velocidad de sedimentación y mejora los procesos de clarificación en el intervalo de pH entre 6 y 13, lo que asegura alta eficiencia de clarificación de agua proveniente de efluentes de procesos de refinación de petróleo.

2 Un agente floculante y clarificador de conformidad con la cláusula 1 , caracterizado porque es un compuesto sólido granular que debe de ser diluido a concentraciones no superiores al 0.5% en peso para poder ser dosificado a un sistema de efluentes de plantas de proceso de refinación de petróleo.

3. Un agente floculante y clarificador de conformidad con las cláusulas 1 y 2, caracterizado porque que al dosificarse entre 1 a 7 ppm y preferentemente entre 1 y 4 ppm con respecto a la carga de entrada al sistema de efluentes de plantas de proceso de refinación de petróleo, y permite que el agua clarificada cumpla con las especificaciones establecidas por las normas ambientales vigentes para ser entregada a plantas de tratamiento para su reutilización o ser descargada a ríos, mares o lagos.

4. un agente floculante y clarificador de conformidad con las cláusulas 1 a 3 caracterizado porque su peso molecular esta entre 1 y 30 millones, preferentemente entre 15 y 25 millones.

5. Un agente floculante y clarificador de conformidad con las cláusulas 1 a 4 caracterizado porque esta constituido por un copoiímero acrilato acrilamida en una relación 1 0-50 / 90-50 % en peso.

6.- Un agente floculante y clarificadora de conformidad con las cláusulas 1 a 5 caracterizado porque actúa eficientemente a un pH de 6 a 13, típico de las corrientes de efluentes de plantas de refinación de petróleo crudo.